深入gperftools：性能分析和内存分析工具

一、gperftools安装

gperftools是一个用于分析CPU使用率、内存分配和性能分析的工具。在Ubuntu系统上安装gperftools，我们需要在终端中键入:

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y google-perftools

安装完成后，你可以使用如下代码来验证gperftools是否成功安装:

#include <gperftools/profiler.h>

void foo() {
  ProfilerStart("foo.prof");
  // do something
  ProfilerStop();
}

int main() {
  foo();
  return 0;
}

该代码运行后，会在当前目录下生成名为foo.prof的文件。使用pprof来对该文件进行分析。

二、gperftools pprof

pprof是gperftools中的一种分析工具，可以使用它来对生成的perf文件进行分析和可视化。

pprof支持多种输出格式，如文本、PDF和火焰图等。其中，最常用的是文本格式。

使用pprof，我们可以查看每个函数被调用的次数、执行时间以及内存分配等信息。

下面是一个简单的pprof示例:

#include <gperftools/profiler.h>

void foo() {
  ProfilerStart("foo.prof");
  // do something
  ProfilerStop();
}

int main() {
  foo();
  return 0;
}

运行该代码后，会在当前目录下生成一个名为foo.prof文件。使用如下命令，在终端中打印函数调用次数:

$ pprof --text foo.prof

输出结果如下:

Total: 1 sample
      1  100.0%  100.0%      1      100.0% puts [1]
      0    0.0%  100.0%      1      100.0% __libc_start_main [2]

可以看出，puts函数被调用了1次。

三、gperftools原理

gperftools原理是基于Google的内部开发，它包括三个主要组件:

1. CPU profiler: 可以用来检测应用程序中的性能瓶颈，并提供优化建议。

2. Heap profiler: 可以检测应用程序中的内存泄漏，帮助程序员找出引起内存泄漏的代码。

3. Heap checker: 可以检测应用程序中的内存越界，帮助程序员发现和修复这些问题。

四、gperftools内存分析

gperftools提供的内存分析工具主要有Heap profiler和Heap checker。

Heap profiler可以帮助我们找出内存泄漏的代码。要使用Heap profiler，我们需要在代码中添加如下一行:

HeapProfilerStart("heap_profile");

这一行代码表示在当前程序执行期间启用Heap profiler。当程序执行完成后，我们可以通过使用如下命令来查看Heap profiler分析的结果:

pprof --text ./myprogram /tmp/heap_profile.*

其中，myprogram是你的二进制可执行文件，/tmp/heap_profile.*是Heap profiler生成的文件。

Heap checker可以帮助我们检测程序中的内存越界等问题。在代码中使用Heap checker需要做如下修改:

#include <gperftools/heap-checker.h>

static HeapLeakChecker heap_checker("my_heap_checker");

void foo() {
  heap_checker.CheckNoLeaks();
  // do something
}

在函数结束时，Heap checker会检查是否存在内存泄漏。如果存在内存泄漏，则会输出相应的警告信息。

五、gperftools性能分析

gperftools提供的性能分析工具包括CPU profiler和Heap profiler。

CPU profiler是常用的性能分析工具，可以帮助我们找出程序中的性能瓶颈。要使用CPU profiler，我们需要在代码中添加如下一行:

ProfilerStart("myprogram.prof");

这一行代码表示在当前程序执行期间启用CPU profiler。当程序执行完成后，我们可以通过使用如下命令来查看CPU profiler分析的结果:

pprof --text ./myprogram myprogram.prof

Heap profiler可以帮助我们找出内存泄漏的代码。使用Heap profiler的方法和Heap profiler的使用方法类似，只需要在代码中添加相应的启用Heap profiler的代码即可。

六、gperftools交叉编译

gperftools可以在多平台上交叉编译。下面是一个交叉编译的示例:

$ cd gperftools
$ ./configure --host=i586-mingw32msvc
$ make

这个示例使用MINGW32交叉编译器在Linux系统上编译gperftools。在编译文件后，使用如下命令来安装:

$ make install install_prefix=

七、gperftools内存越界

gperftools提供的Heap checker可以帮助我们检测内存越界等问题。要使用Heap checker，我们需要在代码中添加如下一行:

#include <gperftools/heap-checker.h>

static HeapLeakChecker heap_checker("my_heap_checker");

void foo() {
  heap_checker.CheckNoLeaks();
  // do something
}

在函数结束时，Heap checker会检查是否存在内存泄漏。如果存在内存泄漏，则会输出相应的警告信息。

八、gperftools Windows

gperftools Windows是gperftools在Windows系统上的移植版本，提供了与Linux版本相似的功能。

要在Windows系统上使用gperftools，我们需要下载并安装TDM-GCC编译器，然后安装gperftools。安装完成后，我们可以在命令行里使用gprof和objdump等命令进行分析。

下面是一个简单的示例:

#include <gperftools/profiler.h>

void foo() {
  ProfilerStart("foo.prof");
  // do something
  ProfilerStop();
}

int main() {
  foo();
  return 0;
}

该代码运行后，会在当前目录下生成一个名为foo.prof的文件。使用如下命令，在终端中打印函数调用次数:

gprof ./myprogram foo.prof

输出结果如下:

Total: 1 sample
      1  100.0%  100.0%      1      100.0% puts [1]
      0    0.0%  100.0%      1      100.0% __libc_start_main [2]

总结

gperftools是一个强大的性能分析和内存分析工具，可以帮助我们找出程序中的性能瓶颈、内存泄漏等问题。通过本文的介绍，你应该已经了解了gperftools的基本用法和原理。在使用gperftools时，请注意以下几个方面:

– 在开发环境中，使用gperftools来分析程序。

– 在生产环境中，使用gperftools来进行性能分析和排查内存泄漏等问题。

– 应该定期地使用gperftools来监测程序的性能和内存使用情况。